CN106358482A - 治理沙漠、沙地的方法 - Google Patents
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- E02D2300/0004—Synthetics
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Abstract
本发明公开了一种治理沙漠、沙地的方法，可通过人力或机械向沙漠、沙地表面以任意顺序洒水和撒固态有机物质，或者直接洒由固态有机物质形成的具有粘结性及粘附性的溶液，利用搅拌装置将洒有固态有机物质形成的溶液或撒有固态有机物质和洒水后的沙漠、沙地表面沙体拌匀，使沙漠、沙地表层的沙体改性成名称为改性沙体的中国专利(ZL 201310223390.4)所公开的改性沙体；本发明的治理方法能直接在需要治理的沙漠、沙地上实施，无需单独对通过搅拌改性后的沙体进行摊铺，节约大量的施工成本，并提高施工效率；并且，对沙漠、沙地表层进行搅拌的过程可同时作为对土壤化的沙漠、沙地表层进行耕作的过程，便于治理后的沙漠、沙地后续的播种作业,为植物的生长提供坚实条件。
Description
技术领域
本发明涉及沙漠、沙地化治理方法，具体是一种治理沙漠、沙地的方法。
背景技术
沙漠、沙地和沙漠、沙地化是当今人类面临最为严俊的重大问题。沙漠、沙地化导致土壤“退化”或“沙化”，使得土壤成为“沙漠”、“沙地”，或者成为以沙子为主导成分的“沙土”(沙土还包括其它自然存在的、以沙为主导成分的土壤类型)。沙漠化、沙地化过程中的危害包括风沙流动和沙丘前移造成对农田覆盖，河流、水库、水渠堵塞，公路掩埋等，还使整个生态系统退化，土地资源流失，以及连带引起的地区经济滞缓，社会不稳定等社会、经济问题。沙漠化、沙地化正急剧缩减着我们可以有效利用的国土。许多地方因沙漠化、沙地化趋势导致土地退化,土壤结构破坏,土壤养分流失，而土壤肥力的自然恢复需要数十年、数百年,甚至数千年时间。如果用现有措施恢复土壤的肥力,需要的投入量难以计算。
长期以来，防治风沙危害(治沙)的措施，国内外学者把它归纳为工程治沙(机械)措施、植物治沙措施和化学治沙措施三大类。植物治沙措施和工程治沙措施属于降低风速，削弱风沙流强度，而化学固沙则是固结沙面，控制沙面风蚀过程发展，现有对沙漠、沙地化进行治理的机械化设备通常是利用化学固沙的方法，此类设备能够在流动沙丘(地)上喷洒化学粘结材料，在流沙表面形成覆盖层，或渗入表层沙中，把松散的沙料粘结起来形成固结层(硬壳)，从而防止风力对沙料的吹扬和搬运，达到固定流沙，防治沙害的目的。
名称为改性沙体(ZL 201310223390.4)、改性沙体的制作方法(ZL201310224659.0)、利用改性沙土治理沙地的方法(ZL 201310224654.8)等中国专利公开了一种改性沙体或沙土，具有土壤一样的力学特性和生态属性，具有与自然土壤一样的稳定性、保水性、透气性、并具有存储养分、滋生微生物的功能，使沙子或沙土“土壤化”，从根本上解决沙体容易移动、难以保水蓄水和存储养分的难题，使其更适宜植物生长，进而从根本上改善沙体的形态并进行沙漠、沙地治理。
上述专利公布了如下特征：由能溶于水的固态有机物质溶于水形成具有粘结性及粘附性的溶液后再与沙子/沙土拌合后形成；所述具有粘结性及粘附性的溶液与沙拌合后能够粘连沙粒，形成的改性沙子/沙土是颗粒孔隙结构；所述具有粘结性及粘附性的溶液中的水分能够随溶液粘附在沙粒之间；所述具有粘结性及粘附性的溶液中的水分蒸发后，其中的能溶于水的固态有机物质能够粘结沙粒且遇水后能够再次溶解于水中而形成具有粘结性和粘附性的溶液而粘连沙粒。
改性沙体/沙土的沙粒之间具有粘结性及粘附性溶液中的水蒸发后，其中的物质能将沙粒粘结在一起；所述具有粘结性及粘附性溶液中的水蒸发后，所述具有粘结性及粘附性溶液中的水蒸发后，其中的能溶于水的固态有机物质与沙体之间的重量比为1:30-8000；
并且，改性沙体/沙土的沙粒之间具有连通孔隙和封闭孔隙；所述能溶于水的固态有机物质包括天然高分子及其改性物质和合成高分子物质中的一种或两种及以上的混合物；
同时，还可再添加能够分散于所述溶液中的天然高分子及其改性物质和合成高分子物质中的一种或两种及以上的混合物；还可再添加有机高分子助剂、小分子助剂、表面活性剂无机活性粉末或粉粒物质、无机非活性粉末或粉粒物质、实体物质、PH值调节物质中的一种或两种及以上的混合物；
一般情况下，所述能溶于水的固态有机物质为聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素和纤维素醚中的一种或两种及以上的混合或共聚物。
上述技术措施从原理上实现了沙体/沙土土壤化，可从根本上起到治沙或沙土的作用。
在力学特性上，沙子/沙土是一种颗粒物质，由于其存在大量的沙粒，所以，其力学状态是“离散状态”，容易流动，难以稳定植物根系；但是，土壤具有两种状态：湿时为流变状态而干时为固体状态，并且，土壤能够在流变状态和固态状态之间转变，也就是说，湿时的流变状态的土壤中的水分挥发后，能够变为干的固体状态，或者说，干时的固体状态的土壤吸收水分后，能够变为湿时的流变状态；无论在流变状态还是固体状态下，土壤都不容易流动，都能够稳定植物根系。
离散状态下，无论什么沙子或以沙子为主要成分的沙土，其颗粒之间的约束均为“接触”，只能产生接触压力和摩擦力两个约束反力。因此，离散状态下的沙子或沙土难以稳定植物根系，且容易流动或发生坍塌。离散状态下颗粒物质的典型特征是，其在堆积的时候存在一个极限坡度，称为临界休止角。一旦在沙子/沙土颗粒之间加入适量的具有粘接性和粘附性的溶液后，沙子或沙土颗粒之间就将形成“万向结合”约束(或“粘附约束”)，沙子或沙土就将由离散状态转变为流变状态。“万向结合”约束不仅能够产生接触压力和摩擦力，还能够产生拉力和力矩使颗粒结合，并且，具有万向性和可恢复性，所以，流变状态下的颗粒之间的排列可以改变，进而，流变状态下的颗粒物质可以被浇筑或捏合成各种形状。流变状态下的任意两团颗粒可以捏合成一团，任意一团颗粒也可以分成两团，进而，流变状态下的颗粒还能够捏合成各种形状，就像湿时的土壤一样。
当沙子/沙土颗粒之间的约束由“万向结合”约束变为“固结”约束后，颗粒物质处于固体状态。由于固结约束能够提供各种约束反力而限制颗粒之间排列的改变，所以，固体状态的颗粒物质具有固定的形状，其颗粒之间排列是固定的，不能改变，否则就会开裂或破碎,就像干的土壤一样。固体状态的力学特征在于具有强度。
由于上述专利中加入沙子或沙土颗粒中的聚合物(比如CMC)能够反复溶解于水，所以，当干“土”中的CMC重新吸收水分后，颗粒之间的固结约束能够再次转变为万向结合约束，于是，干的固体状态的“土壤”能够重新变回到湿的流变状态。
土壤“自修复”和“自调节”的生态-力学属性是由土壤能够在流变状态和固体状态两者之间转变的力学性质决定的。
上述发明的改性沙体/土(沙土变为的“土”)同样具有“自修复”的生态-力学属性。“自修复”的含义是，土壤在固体状态发生开裂、破碎后，能够回到流变状态(吸水十分)而完全修复其破坏！比如，固体状态下破碎、开裂的土壤能够吸水而重新回到流变状态，修复其破碎与裂纹！“自修复”生态-力学属性的发现，能够揭示“土壤为什么能够生生不息”这一自然之谜。土壤为什么能够生生不息，就是因为土壤能够年复一年在流变状态和固体状态之间转换，也就是，土壤颗粒之间的约束能够在较“温和”的“万向结合”约束与较“强硬”的“固结”约束之间转换！否则，土壤就不成其为土壤！如果土壤“自修复”特性消失，就可能出现两种极端情况，一种极端情况是，土壤之间的约束结合力越来越“强化”，土壤逐渐变硬而“板结”；另一种极端情况就是，土壤颗粒之间的约束结合力越来越“弱化”，最后，土壤之间不能再产生拉力，仅靠“接触”这种约束维系，土壤逐渐“沙化”。无论是土壤的“板结”还是“沙化”，都将导致大地一片死寂！
土壤“自调节”的生态-力学属性是其在流变状态下特有的，这一特性由其颗粒之间的“万向结合”约束决定，本发明的改性沙土同样具有“自调节”的生态-力学属性。“自调节”有两层含义，一是指颗粒之间的顺序可以任意调整，二是指土壤之间结合力始终不消失。不同种类的处于流变状态下的改性沙土混合后，虽然其颗粒排列重新分布，但新的改性沙土仍然处于流变状态，颗粒之间仍然存在结合力，颗粒之间的约束仍然具有万向性和可恢复性。
理论和实验表明，土壤，就是一种植物的载体，这种载体的力学特性是：湿时为流变状态，干时为固体状态；这种载体的生态属性(含生态-力学属性)是：具有“自修复”和“自调节”能力，具有存储水分、养分和空气的能力，因此，这样的载体是可以再造的！沙子(或沙土)变为的“土”，在力学属性和生态属性上与自然土壤完全一样，因此，由沙(或沙土)变为的“土”与自然土在本质上是相同的，都是植物的理想载体，这就是沙漠“土壤化”的理论基础，也是本发明在原理上、理念上的新颖性、创造性！
上述改性沙体/沙土公布了治理沙漠的一般方法，但是，采用这种方法对沙漠、沙地化进行治理时，通常需要将沙与有机物质水溶液在特定的容器设备内进行混合搅拌，再将改性完成的沙体铺撒在需要治理的沙漠、沙地表面，这种沙漠、沙地治理方式效率低且难以实现对沙漠、沙地的机械化大规模治理。基于此，需要一种治理沙漠、沙地的方法，该方法直接在需要治理的沙漠、沙地表层添加有机物质并进行搅拌，因此能够机械化、大规模的对沙漠、沙地中的沙体进行改性，使改性后的沙体具有土壤一样的稳定性、保水性、透气性、并具有存储养分的功能，并在土壤化的沙地上种植固沙植物，从根本上解决沙体容易移动、难以保水蓄水和存储养分的难题，进而对沙漠、沙地化进行有效的治理。
发明内容
有鉴于此，基于改性沙体/土的原理，使其能够在沙漠或沙地能够快速的实施，本发明的目的是提供一种治理沙漠、沙地的方法，该方法直接在需要治理的沙漠、沙地表层添加能溶于水的固态有机物质并进行搅拌，因此能够机械化、大规模的对沙漠、沙地中的沙体进行改性，使改性后的沙体具有土壤一样的稳定性、保水性、透气性、并具有存储养分的功能，并在土壤化的沙地上种植固沙植物，从根本上解决沙体/土容易移动、难以保水蓄水和存储养分的难题，进而对沙漠、沙地化进行有效的治理。
本发明的治理沙漠、沙地的方法，包括以下步骤：
a.在沙漠或沙地表面上洒水；
b.将固态有机物质洒于沙漠或沙地表面；
c.对沙漠、沙地表面对水、固态有机物质和沙子进行搅拌，在沙漠或沙地表面形成改性沙体层；
按照步骤a、b、c的先后顺序进行；
或者，先同时进行步骤a、b，后进行步骤c；
或者，先进行步骤a，再同时进行步骤b和步骤c；
或者，先进行步骤b，再同时进行步骤a和步骤c；
或者，步骤a，b，c同时完成。
本发明还公开了一种治理沙漠、沙地的方法，包括以下步骤：
a.将固态有机物质溶于水形成具有粘结性及粘附性的固态有机物质水溶液；
b.将步骤a的固态有机物质水溶液洒于沙漠、沙地表面；
c.在沙漠或沙地表面对固态有机物质水溶液和沙子进行搅拌，在沙漠或沙地表面形成改性沙体层；
按照步骤a，b，c的先后顺序进行；
或者，按照步骤a，再同时进行步骤b和步骤c；
或者，先同时进行步骤a和步骤b，再进行步骤c；
或者，步骤a，b，c同时进行。
进一步，步骤a采用人工、设备或人工与设备相结合的方式实施，步骤b采用人工、设备或人工与设备相结合的方式实施，步骤c采用人工、设备或人工与设备相结合的方式实施。
进一步，步骤c中，通过携带有外部搅拌部件的设备以行进的方式对沙漠、沙地表面进行所述搅拌。
进一步地，步骤a中，所述洒水通过携带洒水装置的设备以行进的方式或者通过灌溉系统在沙漠、沙地表面进行实施；步骤b中，所述撒于沙漠或沙地表面通过带有能将固态有机物质洒出的装置的设备以行进的方式在沙漠、沙地表面进行实施。
进一步，步骤b中，所述洒于沙漠、沙地表面通过携带洒出装置的设备以行进的方式在沙漠、沙地表面进行实施。
进一步，所述携带有外部搅拌部件的设备为旋耕机械。
进一步，对沙漠、沙地表面洒水使得沙漠、沙地表面润湿的平均深度不小于2cm。
进一步，对沙漠、沙地表面进行施肥，所述施肥过程与步骤a、b、c至少一个步骤同时进行或单独进行。
进一步，对沙漠、沙地表面进行播种，所述播种过程与步骤a、b、c至少一个步骤同时进行或单独进行。
进一步，通过携带有外部搅拌部件的设备以行进的方式对沙漠、沙地表面进行所述搅拌至少为一次。
进一步，在进行步骤a之前，先对沙地、沙漠表面进行平整。
本发明中可通过人力或机械或者人力与机械相结合的方式使沙漠、沙地表层的沙体/沙土改性成为改性沙体(ZL 201310223390.4)、改性沙体的制作方法(ZL201310224659.0)、利用改性沙土治理沙地的方法(ZL 201310224654.8)等中国专利的改性沙体/沙土；本发明的治理方法能直接在需要治理的沙漠、沙地上实施，另外，对沙漠、沙地表层进行搅拌的过程可同时作为对土壤化的沙漠、沙地表层进行耕作的过程，便于治理后的沙漠、沙地后续的播种作业,为植物的生长提供坚实条件。
本发明中所指的沙漠、沙地表面，包括沙漠、沙地的自然表面和后期处理过的表面。后期处理过的表面指的是为了利于采用本工艺形成改性沙体/沙土而对自然沙漠、沙地进行后期处理，比如采用机械设备进行前期的松动、整平、压实处理等。自然沙漠、沙地表面由于长期遭受风蚀作用，并不一定是平整的，为了便于施工，在沙漠、沙地的自然表面不能满足施工需求的时候，可以采用人工或者机械的方法对沙漠、沙地表面进行作业，使其平整度达到作业需求，沙漠、沙地表面可以具有一定的倾斜坡度。
本发明中，固态有机物质能够溶于水并能与水形成具有粘结性及粘附性的溶液，所述具有粘结性及粘附性的溶液中的水分能够随溶液粘附在沙粒之间；所述具有粘结性及粘附性的溶液中的水分蒸发后，其中的能溶于水的固态有机物质能够粘结沙粒且遇水后能够再次溶解于水中而形成具有粘结性和粘附性的溶液而粘连沙粒。所属能够溶于水的固态有机物质包含天然高分子及其改性物和合成高分子物质中的一种或两种以上的混合物，并且还可添加还能够分散于上述溶液中的天然高分子及其改性物和合成高分子物质中的一种或两种及其以上的混合物，进一步地，还可添加有机高分子助剂、小分子助剂、表面活性剂、无机活性粉末或粉粒物质、无机非活性粉末或粉粒物质、实体物质、PH值调节物质中的一种或两种以上的混合物。
本发明中，步骤a，b，c采用人工进行施工时，可以按照步骤a，b，c的先后顺序进行；或者，先同时进行步骤a、b，后进行步骤c；或者，先进行步骤a，再同时进行步骤b和步骤c；或者，先进行步骤b，再同时进行步骤a和步骤c；或者，步骤a，b，c同时完成。
本发明中，同时进行是指两个或者多个步骤以混合的方式、不分先后的在一个较短的时间段内进行。为了保证本发明的效果，在最终搅拌完成后，应保证步骤a中撒布的水分或者固态有机物的粘稠溶液中的水分仍大部分保留在沙土表层，以达到本发明的目的。
本发明中，步骤a，b，c采用机械的方式实施时，可将步骤a、b、c分为不同的机械设备分别实现或同时实现；或者，将步骤a、b、c集成于同一机械设备分别实现或同时实现。
本发明中，携带洒水装置的设备可以为洒水车等能够进行喷洒作业的设备，也可以是灌溉设施设备；所述带有能将固态有机物质撒出的装置的设备可以为施肥、播种或送料机械等机械设备。
在机械施工时，为了更好地完成本发明目的和本发明之后的植物种植，在机械设备中，根据需要可添加辅助功能，如整平功能，播种功能，施肥功能，喷洒农药功能等，以便本发明的实施和后续作物的种植。
由于本发明的目的是为了实现沙漠、沙土表面的土壤化，而实现沙漠、沙土表面土壤化的目的则是为了能够实现植物种植，因此，在本发明的人工或者机械或者人工与机械施工过程中，可以采用人工或者机械或者人工与机械相结合方法附加施肥、播种等步骤，为植物的生长提供必要的条件。
本发明中，所述携带有外部搅拌部件的设备为旋耕机械；所述旋耕机利用旋耕刀片的旋转对需要治理的沙漠、沙地沙体进行搅拌，使沙体与水和有机物质充分搅匀，另外，利用旋耕器作为搅拌装置对沙地进行搅拌，使改性而具有土壤化后的沙地得到充分耕作，便于后续的播种机作业，为后期播种提供良好种床；旋耕器用于本发明使用成本低，搅拌效果较为明显。
当然，本发明可以使用的机械设备并不局限于旋耕机。任何具有①将固态有机物质分散于或者均匀于沙漠、沙地表层，②将水(水占主要成分的液体)分散于或者均匀于沙漠、沙地表层，③将沙漠、沙地表层的水和固态有机物质在沙漠、沙地表层进行均匀的机械设备可以以任意顺序组合成单个或者多个设备进行实施，并且根据需要可以添加辅助功能，如整平功能，播种功能，喷洒农药功能等。本发明中也可以是一个机械设备，具有洒水/撒布固态有机物的功能，在沙漠、沙地表面行走一遍或者多遍，使沙漠、沙地表面的水分分散均匀或者使沙漠、沙地表面的固态有机物分散在沙漠、沙地表面分散均匀。
经过上述人力或机械或人工与机械相结合的工艺，从而使具有粘结性及粘附性的溶液与沙拌合后能够粘连沙粒，形成的改性沙体/沙土是颗粒孔隙结构，具有粘结性及粘附性的溶液中的水分能够随溶液粘附在沙粒之间，具有粘结性及粘附性的溶液中的水分蒸发后，其中的能溶于水的固态有机物质能够粘结沙粒且遇水后能够再次溶解于水中而形成具有粘结性和粘附性的溶液而粘连沙粒。治理后的沙漠、沙地中的沙体/沙土具有类似于土壤的特性，整个过程简单实用，效率较高；本发明的治理方法能直接在需要治理的沙漠、沙地上实施，无需对沙体单独进行处理成改性沙体/沙土后进行摊铺，节约大量的施工成本，并提高施工效率；并且，对沙漠、沙地表层进行搅拌的过程可同时作为对土壤化的沙漠、沙地表层进行耕作的过程，便于治理后的沙漠、沙地后续的播种作业,为植物的生长提供坚实条件。
本发明的有益效果是：本发明的治理沙漠、沙地的方法，可通过人力或机械或人工与机械向沙漠、沙地表面以任意顺序洒水和固态有机物质，或者直接洒由固态有机物质形成的具有粘结性及粘附性的固态有机物质溶液，最后利用搅拌装置将洒于有机物质溶液或固态有机物质和水后的沙体拌匀使沙漠、沙地表层的沙体/沙土改性成为改性沙体(ZL201310223390.4)、改性沙体的制作方法(ZL 201310224659.0)、利用改性沙土治理沙地的方法(ZL 201310224654.8)等中国专利中所公开的改性沙体/沙土。
本发明与现有的耕种、播种、施肥、除草、收割、灌溉技术根本不同。
现有耕种方法上也使用旋耕机，但是旋耕是为了松散土地。播种，是作为栽培技术之一，将播种材料按一定数量和方式，适时播入一定深度土层中的作业。施肥则是当土壤里不能提供作物生长发育所需的营养时，对作物进行人为的营养元素的补充行为。除草是对生长在作物田间的杂草通过人工中耕和机械中耕的方式及时防除杂草，给作物提供了良好生长条件。收割是对已经成熟的作物进行收获的作业行为。灌溉是为地补充作物所需水分的技术措施，为了保证作物正常生长，获取高产稳产，必须供给作物以充足的水分。在自然条件下，往往因降水量不足或分布的不均匀，不能满足作物对水分要求。因此，必须人为地进行灌溉，以补天然降雨之不足。
上述的耕种、播种、施肥、除草、收割、灌溉技术从本质上讲是一种农业技术，不是沙漠治理技术，其与本发明的不同具体表现在目的、材料、效果、原理和对象上。
本发明的目的是为了使沙漠、沙地土壤化，使其具有土壤一样的生态——力学属性。从根本上改变沙体/沙土颗粒之间的相互作用关系，构成具有结合力(粘聚力)的颗粒孔隙结构，使沙体/沙土具备像土壤一样的生态-力学属性，具备存储水分、养分和空气，能够为植物的生长提供坚实条件。
在本发明中，材料上使用能溶于水的固态有机物质。该固态有机物质能溶于水形成具有粘结性及粘附性的溶液，该具有粘结性及粘附性的溶液与沙子/沙土拌合后能够粘连沙粒，形成的改性沙体/沙土是颗粒孔隙结构；该粘结性及粘附性的溶液中的水分能够随溶液粘附在沙粒之间；该粘结性及粘附性的溶液中的水分蒸发后，其中的能溶于水的固态有机物质能够粘结沙粒且遇水后能够再次溶解于水中而形成具有粘结性和粘附性的溶液而粘连沙粒。
本发明中的固态有机物质溶于水后与沙子/沙土拌合后，能够在改性沙体/沙土中形成ODI约束，使本发明的改性沙体/沙土在流变状态和固体状态之间转变，使改性沙体/沙土具有土壤一样的力学性质，同样，赋予了改性沙体/沙土自修复和自调节的生态-力学属性。
在原理上，本发明基于申请人提出的颗粒约束原理，能够将“沙子”、“沙土”变为“土”，也就是，实现沙子、沙土这种颗粒物质力学状态的奇妙转换：当沙子、沙土颗粒之间获得“粘附约束”(“万向结合”约束，即本申请专利中的固态有机物质的水溶液)后，沙子、沙土将由离散状态转变为流变状态，与湿时的土壤的力学状态一样；当“黏附约束”中的水分蒸发后，“黏附约束”转变为“固结约束”，沙子、沙土将由流变状态转变为固体状态，和干时的土壤的力学状态一样；再次吸水后，所述改性沙体/沙土，又能由固体状态转变为流变状态。因此，无论是湿时的土壤还是干时的土壤，改性沙体/沙土即具有该力学稳定性；并且，该形成溶液的固态物质与沙、水形成的体系较为稳定，其粘结性和粘附性的特点难以流失。从保水性、储养性能上看，由约束与颗粒形成的改性沙体/沙土，是一种颗粒孔隙结构(无论干时还是湿时)，始终具有联通、开放孔隙，与外界发生水分、养分和空气的交换，因此改性沙体/沙土具有土壤的保水、蓄水且存储养分的特性。
在对象上，本申请针对的是不适宜植物生长的沙漠以及需要改性的沙地、沙化土地，这些土地自身不具备生长植物的条件。而以上现有技术均没有应用到不所以种植的现有沙漠或退化的沙地上。
在使用效果上，种植实验验证了无论什么沙子(包括以沙为主导成分的沙土)，一旦通过施加约束而变为“土”后，就将成为植物的理想载体。由沙/沙土变为的“土”，其生态属性和生态-力学属性能够长久保持，种了一季还能种二季，种了二季还能种三季，这就证明，形成“黏附约束”的高分子聚合物能够驻留在颗粒之间，且植物生长后，其根系对“土壤”形成了共同保护，同时，植物根、茎、叶腐烂后形成的有机质为粘稠液体，具有与“黏附约束”相似的力学作用机理。实验表明，暴雨的冲蚀不仅难以削弱“土壤”颗粒之间的约束，相反，“土壤”表面还长出了藻类并对“土壤”内部的约束形成了保护，构建起了新的生态系统。随着时间的推移，沙(或沙土)变的“土”越来越肥沃，越来越像自然“土壤”。
本发明中，其原理、目的和对象决定了，三个步骤a、b、c是紧密联系在一起的，缺一不可。只有在三个步骤全部完成的情况下，才能实现本申请中沙子/沙土土壤化。
本发明的最终结果是使沙漠成为植物生长的理想载体，因此，在将沙子土壤化的过程中或在沙子土壤化后，可以对进行播种和施肥作业，使植物能够生长，也即播种和施肥不是本发明的必须手段，但是是本发明后期植物生长过程的必要手段。
本发明实现了沙漠、沙地表面沙子土壤化！
综上所述，本发明与上述土壤植物种植过程中的耕种、施肥、播种、除草、收割和灌溉等技术具有本质不同。
本发明与现有固沙技术也具有本质不同。
现有的固沙技术中，植物固沙是通过封育和栽培植物等手段达到防治沙漠、沙地稳定绿洲，提高沙区环境质量和生产潜力的一种技术措施；工程治理措施的力学原理是通过增大风沙流的运动阻力，阻滞消能，令其减速和促使沙土颗粒的沉积，是一种临时性的防沙或沙土措施；化学固沙是在流动沙丘(地)上喷洒化学粘结材料，在流沙表面形成覆盖层，或渗入表层沙中，把松散的沙料粘结起来形成固结层(硬壳)，从而防止风力对沙料的吹扬和搬运，达到固定流沙，防治沙害的目的。一言概之，植物固沙是栽树，工程治理措施是扰流，化学固沙是在表面形成硬壳(形成固体状态，难以回到流变状态)，而不是形成土壤。
本发明中，通过在沙漠、沙地表层预定厚度内将沙、水和固态有机物搅拌，形成一定厚度的“土壤”。本技术的实现，使沙漠、沙地一定厚度表层内的水、沙和固态有机物实现了均匀混合，使其成为适合植物生长的“土壤”，从而实现固沙和适合植物生长的双重作用。与植物固沙相比，植物固沙不改变沙本来的性质，本发明彻底改变了种植植物地载体，使其适应植物的种植；与工程措施相比，本发明改变的是沙/沙土的性质使其具有不可移动性，而不是通过增加扰流措施短期内限制风沙移动；与化学固沙措施相比，化学固沙措施只固结沙漠、沙地表面，使其成为不具有可恢复性的“硬壳”，本发明中，改变的是沙漠、沙地表层一定厚度沙/沙土的性质，使其具有土壤的力学性质和生态性质。
本发明实现了沙漠、沙地表层沙子的快速土壤化，使其成为植物的理想载体，与传统固沙方法有着本质的区别，与传统的耕作在目的和方法上也具有本质的区别。
具体实施方式
本实施例的治理沙漠、沙地的方法，包括以下步骤：
a.在沙漠或沙地表面上洒水；
b.将固态有机物质洒于沙漠或沙地表面；
c.在沙漠、沙地表面对水、固态有机物质和沙子进行搅拌，在沙漠、沙地表面形成改性沙体层；
所述固态有机物质能够溶于水并能与水形成具有粘结性及粘附性的溶液；所述具有粘结性及粘附性的溶液中的水分能够随溶液粘附在沙粒之间；所述具有粘结性及粘附性的溶液中的水分蒸发后，其中的能溶于水的固态有机物质能够粘结沙粒且遇水后能够再次溶解于水中而形成具有粘结性和粘附性的溶液而粘连沙粒。
本实施例中，按照步骤a、b、c的先后顺序进行；步骤a和步骤b中的水以及固态有机物质一般按照名称为改性沙体(ZL 201310223390.4)、改性沙体的制作方法(ZL201310224659.0)、利用改性沙土治理沙地的方法(ZL 201310224654.8)等中国专利公开的比例范围进行喷洒，以获得合格的改性沙体/沙土层。
当然，根据本方法的内容的实质，施工过程中按照步骤a、b、c的先后顺序进行；也可先同时进行步骤a、b，后进行步骤c；也可以先进行步骤a，再同时进行步骤b和步骤c；还可以先进行步骤b，再同时进行步骤a和步骤c；还可以步骤a，b，c同时进行。都具有各自的优点，适应于不同的沙漠、沙地沙地的环境条件；比如对于风较大的环境，步骤b就易于与步骤c同时进行。
当然，本发明的最终目的是形成改性沙体(ZL 201310223390.4)、改性沙体的制作方法(ZL 201310224659.0)、利用改性沙土治理沙地的方法(ZL 201310224654.8)等中国专利的改性沙体/沙土，自然也可采取下列步骤实现：
a.将固态有机物质溶于水形成具有粘结性及粘附性的固态有机物质水溶液；
b.将步骤a的固态有机物质水溶液洒于沙漠、沙地表面；
c.对沙漠、沙地表面对固态有机物质水溶液和沙子进行搅拌，在沙漠、沙地表面形成改性沙体层；
按照步骤a,b，c的先后顺序进行；或者，先步骤a,再同时进行步骤b和步骤c；或者，先同时进行步骤a和步骤b，再进行步骤c；或者，步骤a，b，c同时进行。
均能实现本发明的目的，在此不再赘述。
所述固态有机物质能够溶于水并能与水形成具有粘结性及粘附性的溶液；所述具有粘结性及粘附性的溶液中的水分能够随溶液粘附在沙粒之间；所述具有粘结性及粘附性的溶液中的水分蒸发后，其中的能溶于水的固态有机物质能够粘结沙粒且遇水后能够再次溶解于水中而形成具有粘结性和粘附性的溶液而粘连沙粒。
本发明中所指的沙漠、沙地表面，包括沙漠、沙地的自然表面和后期处理过的表面。后期处理过的表面指的是为了利于采用本工艺形成改性沙体/沙土而对自然沙漠、沙地进行后期处理，比如采用机械设备进行前期的松动、整平、压实处理等。自然沙漠、沙地表面由于长期遭受风蚀作用，并不一定是平整的，为了便于施工，在沙漠、沙地的自然表面不能满足施工需求的时候，可以采用人工或者机械的方法对沙漠、沙地表面进行作业，使其平整度达到作业需求，沙漠、沙地表面可以具有一定的倾斜坡度。
本实施例中，步骤a采用人工、设备或人工与设备相结合的方式实施，步骤b采用人工、设备或人工与设备相结合的方式实施，步骤c采用人工、设备或人工与设备相结合的方式实施。
本实施例中，可通过人力或机械设备向沙漠、沙地表面以任意顺序洒水和撒固态有机物质，或者直接洒由固态有机物质形成的具有粘结性及粘附性的固态有机物质溶液，最后利用搅拌装置将铺撒有机物质溶液或固态有机物质和水后的沙地拌匀，使沙漠、沙地表层的沙体/沙土改性成为改性沙体(ZL 201310223390.4)、改性沙体的制作方法(ZL201310224659.0)、利用改性沙土治理沙地的方法(ZL 201310224654.8)等中国专利的改性沙体/沙土；本发明的治理方法能直接在需要治理的沙漠、沙地上实施，无需沙体混合用的容器，另外，对沙漠、沙地表层进行搅拌的过程可同时作为对土壤化的沙漠、沙地表层进行耕作的过程，便于治理后的沙漠、沙地后续的播种作业,为植物的生长提供坚实条件。
本发明中所指的沙漠、沙地表面，包括沙漠、沙地的自然表面和后期处理过的表面，后期处理过的表面指的是为了利于采用本工艺形成改性沙体而对自然沙漠、沙地进行后期处理，比如采用机械设备进行前期的松动、整平、压实处理等；由于自然沙漠、沙地表面由于长期遭受风蚀作用，并不一定是平整的，因此，为了便于施工，在沙漠、沙地的自然表面不能满足施工需求的时候，可以采用人工或者机械的方法对沙漠、沙地表面进行作业，使其平整度达到作业需求，也可使沙漠、沙地表面具有一定的倾斜坡度。
本实施例中，步骤c中，通过携带有外部搅拌部件的设备以行进的方式对沙漠、沙地表面进行所述搅拌；携带有外部搅拌部件的设备包括旋耕机、道路再生所用的机械设备等具有搅拌功能的设备，在此不再赘述。
本实施例中，所述携带有外部搅拌部件的设备为旋耕机械；所述旋耕器利用旋耕刀片的旋转对需要治理的沙漠、沙地沙体进行搅拌，使沙体与水和有机物质充分搅匀，另外，利用旋耕器作为搅拌装置对沙地进行搅拌，使改性而具有土壤化后的沙地得到充分耕作，便于后续的播种机作业，为后期播种提供良好种床；旋耕器用于本发明使用成本低，搅拌效果较为明显。
当然，搅拌设备并不局限于旋耕机；任何能够在沙地行走，具有①将固态有机物质分散于或者均匀于沙漠、沙地表层，②将水(水占主要成分的液体)分散于或者均匀于沙漠、沙地表层的设备，③将沙漠、沙地表层的水和固态有机物质在沙漠、沙地表层进行分散或者均匀的机械设备可以以任意顺序组合，并且根据需要可以添加辅助功能，如整平功能，播种功能，喷洒农药功能等。本发明中也可以是一个机械设备，具有洒水/撒布固态有机物的功能，在沙漠、沙地表面行走一遍或者多遍，使沙漠、沙地表面的水分分散均匀或者使沙漠、沙地表面的固态有机物分散在沙漠、沙地表面分散均匀。
本实施例中，机械设备可以本发明的步骤a，b，c为基本单元构成。单个机械设备可以完成本发明的一个步骤或者任何两个步骤或者完成本发明的三个步骤。机械设备可以往复多次实施完成本发明的目标。在实施中，每个基本步骤单元至少实施一次以完成本发明的目的。此外，为了更好的进行植物种植，可以在本发明的机械设备中整合整平功能、播种功能，施肥功能，喷洒农药等功能，使本发明更好的得到实现。
本实施例中，步骤a中，所述洒水通过携带洒水装置的设备以行进的方式或者通过灌溉系统在沙漠、沙地表面进行实施；步骤b中，所述撒于沙漠或沙地表面通过带有能将固态有机物质撒出的装置的设备以行进的方式在沙漠、沙地表面进行实施；本实施例中，携带洒水装置的设备可为洒水车或者专门的洒水装置，灌溉系统可采用现有的包括农田山地等水利灌溉系统相同的结构，在此不再赘述。
本实施例中，步骤b中，所述洒于沙漠、沙地表面通过携带洒出装置的设备以行进的方式在沙漠、沙地表面进行实施；洒出装置指的是能将溶液洒出的装置，可以是类似于洒水车的结构，也可以是通过静设备带压压出等结构，类似于灌溉系统等，在此不再赘述。
本实施例中，可将步骤a，b，c中任何一个或者任何两个或者三个步骤组合成一台具有能够实施单个步骤或者组合步骤效果的机械设备上(即可以集成于同一台机械设备来实施，也可以通过单个设备实施某一个或某两个步骤，均不影响本发明的保护范围)，使每个步骤至少实施一次。相应地，为了达到本发明的实施效果，步骤a，b，c分别采用单独机械施工的时候，可以按照本发明公布的施工工艺，进行机械配置组合，组成一个机械工作小组，使每个步骤交叉进行，也可反复进行，实现沙漠、沙土表面的土壤化。同样地，为了达到本发明的实施效果，可以将步骤a，b，c任何两个步骤组合成一台具有实施该两个步骤工艺的机械设备上，该设备可以配合另外一个或者多个设备一次或者多次进行作业，实现沙漠、沙土表面的土壤化。同样地，为了达到本发明的实施效果，可以将步骤a，b，c集成到一个机械设备上，使其在沙漠、沙土上的一次行走即可实现本发明的目的，即实现沙漠、沙土表面的土壤化。
在采用机械施工时，为了完成在沙漠或沙地表面上洒水，可以采用洒水车进行洒水，也可以采用沥青洒布机械等设备完成洒水。对固态有机物质的撒布，可以采用撒布机将固态有机物质撒布在沙漠、沙地表面，也可以采用播种机、撒布机等机械装置使固态有机物在沙漠、沙地表面一定厚度内分布。在沙漠、沙地表面对水、固态有机物质和沙子进行搅拌的设备可以是旋耕机，也可以是一个能够在沙漠上行走且能够收集沙漠、沙地表面沙子后再搅拌后流出(撒布)的机械装置。将固态有机物质溶于水可以采用分散机、搅拌机等多种机械设备。固态有机物之的水溶液的喷洒可以洒水车、沥青撒布机等设备完成。
在本实施例中，在采用机械施工时，为了完成在沙漠或沙地表面上洒水，可以采用洒水车进行洒水，可以采用灌溉系统完成，也可以采用沥青洒布机械等设备完成洒水。对固态有机物质的撒布，可以采用撒布机将固态有机物质撒布在沙漠、沙地表面，也可以采用播种机、撒布机等机械装置使固态有机物在沙漠、沙地表面一定厚度内分布。在沙漠、沙地表面对水、固态有机物质和沙子进行搅拌的设备可以是旋耕机，也可以是一个能够在沙漠上行走且能够收集沙漠、沙地表面沙子后再搅拌后流出(撒布)的机械装置。将固态有机物质溶于水可以采用分散机、搅拌机等多种机械设备。固态有机物之的水溶液的喷洒可以洒水车、沥青撒布机等设备完成。
本实施例中，对沙漠、沙地表面洒水使得沙漠、沙地表面润湿的平均深度为不小于2cm；根据情况可以达到20-60cm左右，较适合于本发明；当然，水的润湿深度达到较大深度依然可实现本发明，合适的深度范围能够较好的实现沙漠、沙地表面的“土壤化”，适合于植物生长且不会造成原材料的浪费。
本实施例中，对沙漠、沙地表面进行施肥，所述施肥过程与步骤a、b、c至少一个步骤同时进行或单独进行；对所述沙漠、沙地表面进行施肥，可采用现有任意的施肥装置对搅拌前的沙漠、沙地表面进行施肥，也可以同步骤a、b、c任一步骤同时进行，搅拌后，使肥料能够均匀的分布于改性后的沙体中；比如，固态肥料即可采取在固态有机物质内添加肥料后，将混有肥料的固态有机物质洒于沙漠、沙地表面的方式；这种施肥方式大大简化了沙漠、沙地治理过程。
本实施例中，对沙漠、沙地表面进行播种，所述播种过程与步骤a、b、c至少一个步骤同时进行或单独进行；可利用现有任意类型的播种器在搅拌后形成土壤化的沙地上进行播种，也可以同步骤a、b、c任一步骤同时进行；较佳的方式则是播种作业应在搅拌后(步骤c后)进行，避免搅拌对种子造成损伤。
本实施例中，通过携带有外部搅拌部件的设备以行进的方式对沙漠、沙地表面进行所述搅拌至少为一次，保证搅拌均匀，从而形成合格的改性沙体。
本实施例中，在进行步骤a之前，先对沙地、沙漠表面进行平整，平整过程可通过旋耕机械、整平器或者犁地机械等进行平整，使沙漠、沙地表面整体具有更利于实施本发明的条件，平整指的是大面积平整，而不是指的大面积不具有坡度。
上述步骤a、b、c的各种进行顺序的区别仅在于水、固态有机物质的加入和搅拌顺序不同，最终效果并没有较大区别，可根据环境的具体要求进行选择。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (12)
1.一种治理沙漠、沙地的方法，其特征在于：包括以下步骤：
a.在沙漠或沙地表面上洒水；
b.将固态有机物质洒于沙漠或沙地表面；
c.在沙漠、沙地表面对水、固态有机物质和沙子进行搅拌，在沙漠或沙地表面形成改性沙体层；
按照步骤a、b、c的先后顺序进行；
或者，先同时进行步骤a、b，后进行步骤c；
或者，先进行步骤a，再同时进行步骤b和步骤c；
或者，先进行步骤b，再同时进行步骤a和步骤c；
或者，步骤a，b，c同时进行。
2.一种治理沙漠、沙地的方法，其特征在于：包括以下步骤：
a.将固态有机物质溶于水形成具有粘结性及粘附性的固态有机物质水溶液；
b.将步骤a的固态有机物质水溶液洒于沙漠、沙地表面；
c.对沙漠、沙地表面对固态有机物质水溶液和沙子进行搅拌，在沙漠、沙地表面形成改性沙体层；
按照步骤a、b、c的先后顺序进行；
或者，先步骤a,再同时进行步骤b和步骤c；
或者，先同时进行步骤a和步骤b，再进行步骤c；
或者，步骤a，b，c同时进行。
3.根据权利要求1或2所述的治理沙漠、沙地的方法，其特征在于：步骤a采用人工、设备或人工与设备相结合的方式实施，步骤b采用人工、设备或人工与设备相结合的方式实施，步骤c采用人工、设备或人工与设备相结合的方式实施。
4.根据权利要求1或2所述的治理沙漠、沙地的方法，其特征在于：步骤c中，通过携带有外部搅拌部件的设备以行进的方式对沙漠、沙地表面进行所述搅拌。
5.根据权利要求1所述的治理沙漠、沙地的方法，其特征在于：步骤a中，所述洒水通过携带洒水装置的设备以行进的方式或者通过灌溉系统在沙漠、沙地表面进行实施；步骤b中，所述撒于沙漠或沙地表面通过带有能将固态有机物质撒出的装置的设备以行进的方式在沙漠、沙地表面进行实施。
6.根据权利要求2所述的治理沙漠、沙地的方法，其特征在于：步骤b中，所述洒于沙漠、沙地表面通过携带洒出装置的设备以行进的方式在沙漠、沙地表面进行实施。
7.根据权利要求4所述的治理沙漠、沙地的方法，其特征在于：所述携带有外部搅拌部件的设备为旋耕机械。
8.根据权利要求1或2所述的治理沙漠、沙地的方法，其特征在于：对沙漠、沙地表面洒水使得沙漠、沙地表面润湿的平均深度不小于2cm。
9.根据权利要求1或2所述的治理沙漠、沙地的方法，其特征在于：对沙漠、沙地表面进行施肥，所述施肥过程与步骤a、b、c至少一个步骤同时进行或单独进行。
10.根据权利要求1或2所述的治理沙漠、沙地的方法，其特征在于：对沙漠、沙地表面进行播种，所述播种过程与步骤a、b、c至少一个步骤同时进行或单独进行。
11.根据权利要求4所述的治理沙漠、沙地的方法，其特征在于：通过携带有外部搅拌部件的设备以行进的方式对沙漠、沙地表面进行所述搅拌至少为一次。
12.根据权利要求1或2所述的治理沙漠、沙地的方法，其特征在于：在进行步骤a之前，先对沙地、沙漠表面进行平整。
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